多源信息融合的物聯(lián)網(wǎng)圖書館機器人機械手定位研究-文庫吧
2025-06-07 14:44 本頁面
【正文】 f things, Machine vision, RFID 目前，世界上成功應用圖書館機器人的有德國洪堡大學、美國猶他州大學、日本早稻田大學等，這些圖書館機器人的應用大大節(jié)省了圖書管理成本，同時使讀者借還圖書更加便捷。2002年，美國約翰斯霍普金斯大學的Jackrit Suthakom等人在其發(fā)表的文章中詳細描述了圖書館機器人系統(tǒng)及其六自由度機械手的設(shè)計與控制軟件編制法，但未涉及到機器視覺[1]。同年，新加坡的Kho Hao Yuan等人研究了基于RFID技術(shù)的無人圖書館系統(tǒng)[2]。2008年，D. J. Lee對書脊特征匹配問題展開了深入研究并在第4屆IEEE自動化科學與工程國際會議上發(fā)表相關(guān)論文[3]。我國在物聯(lián)網(wǎng)圖書館機器人研究方面的工作相對滯后，尤其是在圖書上下架時如何利用機器視覺進行機械手的精確定位方面還有很大研究空間，這也是圖書館機器人系統(tǒng)設(shè)計中的難點。1 圖書館物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計 以機器人為核心的系統(tǒng)本文將物聯(lián)網(wǎng)無人圖書館看作一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)由以下實體元素組成：圖書管理信息系統(tǒng)、書架、書、機器人。以機器人為核心，它在無人圖書館中與其他對象（讀者、館員、書架）協(xié)同工作，共同完成圖書管理工作，協(xié)同工作示意圖如圖1所示：館員讀者新書入庫舊書剔除自助借還圖書館機器人圖書清點和整理書架圖1 圖書館機器人協(xié)同工作示意圖系統(tǒng)中的機器人是一種輪式移動機器人，機器人主體是一個自動引導車(Automatic Guided Vehicle,AGV)，車上安裝有機械手臂，機械手臂前端裝有攝像頭和RFID讀寫器。圖書館內(nèi)道路按照館藏類型劃分成多個區(qū)域，每個區(qū)域有相應的路面標志，車載無線圖像采集模塊獲得路面標志圖像并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機，上位機程序進行圖像處理，并計算AGV控制參數(shù)，再通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至機器人主控制器調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)PWM直流電機調(diào)速控制[46]。 RFID電子標簽設(shè)計為每一本書貼上一個RFID電子標簽，作為該書在圖書館中唯一的身份標識，標簽中保存有特定格式的電子數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)設(shè)計的書RFID電子標簽數(shù)據(jù)格式為：“書庫號+書架號+書架層號+書架層內(nèi)絕對位置號+書架層內(nèi)區(qū)間相對位置號+書架總數(shù)+書架總層數(shù)+層內(nèi)書總數(shù)”。其中，“書架層內(nèi)絕對位置號”是書在書架某層內(nèi)的位置序號，書上架前按照在某層內(nèi)的擺放順序依次編號，該編號反映了書在某層內(nèi)的絕對位置，序號從1開始，一直到“層內(nèi)書總數(shù)”結(jié)束，此序號是引導機械手定位的重要參數(shù)之一。 “書架層內(nèi)區(qū)間相對位置號”是為與視覺識別相結(jié)合特意設(shè)置的。為借助視覺識別達到機械手精確定位，將一個書架在橫向上劃分成若干個區(qū)間，區(qū)間的劃分以機械手攝像機能清晰拍攝并能識別出當前區(qū)間中的每本書為依據(jù)，這是在無人圖書館系統(tǒng)投入運行前就需要完成的標定工作。通過這種RFID電子標簽數(shù)據(jù)格式設(shè)計，可使圖書館中具有流動屬性的每一本圖書都具有一個空間上固定的唯一標識，即在空間中書具有固定的屬性，正是利用這一點，機器人可實現(xiàn)對書的準確定位與查找。 無人圖書館自動化流程剖析在圖書館機器人的核心作用下，無人圖書館中主要存在著以下3個自動化流程：（1） 自助借書流程讀者有借書需求時，將此需求輸入到圖書管理信息系統(tǒng)，由此引發(fā)圖2所示信息流發(fā)生：圖書管理信息系統(tǒng)引導運用視覺取書書機器人書架借書指令機器人搬運讀者圖2 自助借書流程（2） 自助還書流程與自助借書流程相逆。信息流如圖3所示：① 引導圖書管理信息系統(tǒng)機器人用RFID識
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